Wenn der Winter kommt und die Temperaturen sinken, präsentiert uns die Natur eines ihrer bezauberndsten Phänomene: Schneeflocken. Diese zarten, komplexen Eiskristalle verwandeln die Welt nicht nur in ein Winterwunderland, sondern fesseln auch unsere Fantasie mit ihren einzigartigen und individuellen Designs. Haben Sie sich jemals gefragt, wie Schneeflocken entstehen und warum jede einzelne einzigartig ist? In diesem Blogbeitrag werden wir den faszinierenden Prozess der Schneeflockenbildung erkunden und die wissenschaftlichen Gründe hinter der Einzigartigkeit von Schneeflocken beleuchten.
Was wird für die Schneeflockenbildung benötigt?
Schneeflocken sind winzige Eiskristalle, die hoch oben am Himmel entstehen, wo die Luft kalt und feucht ist. Ihr Aussehen hängt von vielen Faktoren ab, wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Wetter.
- Temperatur ist sehr wichtig für die Bildung von Schneeflocken. Wie kalt muss es also sein, damit es schneit? Die Luft muss kälter als der Gefrierpunkt (32°F oder 0°C) sein, damit Wasserdampf zu Eis wird. Wenn die Luft kalt genug wird, verlangsamen sich die Dampfmoleküle und haften zusammen, wodurch Eiskristalle entstehen.
- Luftfeuchtigkeit ist, wie viel Wasserdampf in der Luft ist. Je feuchter die Luft ist, desto größer und komplexer können Schneeflocken werden. Wasserdampf haftet an kleinen Partikeln in der Luft, wie Staub oder Pollen, und bildet einen winzigen Kern, auf dem ein Eiskristall wachsen kann.
- Das Wetter beeinflusst auch die Schneeflockenbildung. Wenn die Luft ruhig und stabil ist, können Eiskristalle in klaren und schönen Formen wachsen. Wenn die Luft rau oder schnell wechselnd ist, wachsen Eiskristalle ungleichmäßig und haben weniger Details.
Wie Schneeflocken entstehen
Während ihrer Entstehung durchlaufen Schneeflocken die folgenden Hauptphasen: Keimbildung, Wachstum und Verzweigung.
Bildquelle: ABC57
Der Keimbildungsprozess bei Schneeflocken ist der erste Schritt bei der Bildung von Eiskristallen. Er tritt auf, wenn sich Wassermoleküle in der Atmosphäre zusammenfinden und sich um winzige Partikel wie Staub, Pollen oder Salz organisieren. Diese Partikel fungieren als Keimbildungsstellen und bieten eine Oberfläche, an der die Wassermoleküle haften können. Ohne diese Partikel wäre es schwieriger, dass Eiskristalle spontan entstehen.
Nachdem die Wassermoleküle an der Keimbildungsstelle haften, beginnen sie, sich in einer hexagonalen Gitterstruktur anzuordnen. Diese hexagonale Symmetrie ist das Ergebnis der molekularen Struktur von Eis. Wenn Wasser gefriert, schaffen seine Moleküle die Grundlage für die sechseckige Symmetrie, die wir mit Schneeflocken verbinden.
Jede Schneeflocke ist anders, weil sie auf unterschiedliche Weise wächst, je nach Wetter. Der Eiskristall wird größer, wenn mehr Wassermoleküle an ihm gefrieren und viele Schichten bilden. Dieser Prozess wird Akkretion genannt, bei dem Wassermoleküle in der Luft an den bestehenden Kristall gefrieren. Die Art und Weise, wie der Kristall wächst, ändert sich mit der Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Luft. Manchmal wachsen verschiedene Teile des Kristalls schneller oder langsamer als andere, was zu Verzweigungen führt. Die Schneeflocke wird immer einzigartiger, während sie wächst und durch verschiedene Teile des Himmels fällt.
Einzigartige Schneeflockenmuster
Wilson Bentley, auch bekannt als der “Schneeflockenmann”, war ein Farmer aus Vermont, der sein Leben dem Fotografieren von Schneeflocken widmete. Zwischen dem späten 19. und frühen 20. Jahrhundert erfasste Bentley über 5.000 Bilder einzelner Schneeflocken unter einem Mikroskop (Mikrofotografien), die ihre komplexen und einzigartigen Strukturen offenbarten. Bentleys Arbeit zeigte die unglaubliche Vielfalt der Schneeflockenformen. Die Jericho Historical Society in Vermont beherbergt das Snowflake Bentley Museum, das der Bewahrung der Arbeit und des Erbes von Wilson Bentley gewidmet ist. Besucher können Bentleys originale Schneeflockenmikrofotografien erkunden und mehr über die Wissenschaft der Schneeflockenbildung erfahren.
Bildquelle: Wikipedia
Warum ist also jede Schneeflocke einzigartig? Finden wir es heraus.
Atmosphärische Bedingungen
Obwohl sie eine gemeinsame hexagonale Struktur teilen, durchläuft jede Schneeflocke ihre eigene Reise. Während sie zu Boden fällt, trifft sie auf eine Vielzahl von Umweltfaktoren, die ihr Wachstum und Design beeinflussen. Die enorme Anzahl möglicher Kombinationen und Variationen stellt sicher, dass keine zwei Schneeflocken jemals identisch sind.
Zusammensetzung der Atmosphäre
Die Zusammensetzung der Atmosphäre beeinflusst auch die Schneeflockenbildung. Verschiedene Verunreinigungen, wie Staubpartikel oder atmosphärische Schadstoffe, können das Kristallwachstum beeinflussen und die endgültige Form der Schneeflocke verändern. Diese Wechselwirkung zwischen dem Kristall und seiner Umgebung fügt jedem Schneeflockendesign eine weitere Schicht der Einzigartigkeit hinzu.
Bildquelle: Tim Garrett, University of Utah, NSF.gov
Unterkühlung
Unterkühlung ist ein faszinierendes Wetterphänomen, das ebenfalls eine bedeutende Rolle bei der Gestaltung vielfältiger Schneeflockenstrukturen spielt. Unterkühlung tritt auf, wenn Wasser unter seinem Gefrierpunkt in flüssigem Zustand bleibt, typischerweise weil es an Keimbildungsstellen fehlt, um den Erstarrungsprozess einzuleiten. Infolgedessen können Wassertröpfchen in der Atmosphäre als unterkühlte Tröpfchen existieren, selbst bei Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt.
Wenn ein Eiskristall auf ein unterkühltes Wassertröpfchen trifft, fungiert er als Keimbildungsstelle und gefriert das Tröpfchen sofort bei Kontakt. Dieser schnelle Gefrierprozess löst das Wachstum des Eiskristalls aus, der nun eine neue Plattform zum Expandieren hat. Die verzweigten Arme und komplexen Details von Schneeflocken entwickeln sich oft durch diesen Unterkühlungsprozess. Jede Begegnung mit unterkühltem Wasser ermöglicht es dem Kristall, einzigartig und asymmetrisch zu wachsen.
Schneeflockenmorphologie: Arten von Eiskristallen
Im frühen 20. Jahrhundert führte Ukichiro Nakaya, ein japanischer Physiker, umfangreiche Forschungen zu Eiskristallen durch und entwickelte ein Klassifizierungssystem basierend auf ihren Formen. Er war auch die erste Person weltweit, die 1936 künstlichen Schnee erzeugte. Seine Erkenntnisse sind im Nakaya Ukichiro Snow and Ice Museum in Kaga, der Heimatstadt des Wissenschaftlers, präsentiert.
Bildquelle: Kaga General Services, Japan Experience
Wir haben die häufigsten Arten von Eiskristallen in einer Tabelle unten zusammengefasst.
| Form | Beschreibung |
|---|---|
| Dendrit | Klassische Schneeflocke mit einer sechszackigen, sternförmigen Struktur, oft groß und detailliert. |
| Säule | Verlängerte, zylindrische Schneeflocke mit hexagonalen Facetten entlang ihrer Länge. |
| Platte | Flache, hexagonale Schneeflocke mit begrenzter Verzweigung, die einer dünnen Platte ähnelt. |
| Nadel | Lange, schlanke Schneeflocke mit nadelartiger Form. |
| Säulendendrit | Eine Kombination aus Säule und Dendrit, mit einer zentralen Säule und verzweigten Armen. |
| Gekappte Säule | Säulenförmige Schneeflocke mit flachen, scheibenartigen Enden. |
| Unregelmäßige Aggregate | Cluster von Schneekristallen, die unregelmäßig geformt und zufällig aggregiert sind. |
| Bereifte Schneeflocken | Schneeflocken, die gefrorene Wassertropfen (Reif) auf ihren Oberflächen angesammelt haben. |
| Graupel | Schneeflocken, die einen Vereisungsprozess durchlaufen haben und zu runden Eiskörnern geworden sind. |
Warum Schneeflocken sechs Seiten haben und andere interessante Fakten
Schneeflocken haben sechs Seiten aufgrund der Art und Weise, wie Eis gebildet wird. Jedes Wassermolekül hat ein Sauerstoff- und zwei Wasserstoffatome, die wie ein V aussehen. Wenn Wasser gefriert, haften diese Moleküle so zusammen, dass sechs Seiten entstehen.
Hier sind einige weitere interessante Fakten über Schneeflocken:
- Die größte Schneeflocke. Laut Guinness World Records fiel die größte jemals aufgezeichnete Schneeflocke während eines Schneesturms in Fort Keogh, Montana, USA, am 28. Januar 1887. Diese riesige Schneeflocke hatte einen Durchmesser von etwa 15 Zoll (38,1 cm).
- Zwölfseitige Schneeflocken. Während sechszackige Schneeflocken am häufigsten sind, können unter bestimmten Bedingungen Schneeflocken mit mehr Seiten auftreten. Zum Beispiel fotografierte im Dezember 2022 ein Fotograf aus Colorado eine Nahaufnahme einer beeindruckenden zwölfseitigen Schneeflocke.
Bildquelle: Jason Persoff
Diamantstaub-Schneeflocken. Unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen, insbesondere bei extrem kalten Temperaturen mit sehr niedriger Luftfeuchtigkeit, kann ein seltenes Phänomen namens “Diamantstaub” auftreten. Dabei bilden sich winzige Eiskristalle in der Luft, die den Eindruck von glitzernden, diamantähnlichen Partikeln erwecken, die im Himmel schweben.
Schneeflocken im Weltraum. Im Jahr 2016 hatte ein junger Stern namens V883 Orionis einen Schneering um sich herum. Wissenschaftler entdeckten ihn mit den ALMA-Teleskopen. Schnee im Weltraum entsteht, wenn Wasser, das in Form eines Gases vorliegt, zu weit vom Stern entfernt ist und zu Eis wird. Wassergas gefriert normalerweise näher am Stern als andere Gase, sodass es von der Erde aus schwer zu sehen ist, weil der Stern zu hell ist. Aber V883 Orionis hatte einen plötzlichen Wärmeschub, der die Schneelinie weiter weg schob – etwa so weit wie Pluto von der Sonne entfernt ist. Dies machte es den Wissenschaftlern leichter, den Schnee zu sehen.
Bildquelle: NRAO • ALMA
Fazit
Schneeflocken sind ein wahres Wunder der Natur und faszinieren uns mit ihrer Schönheit. Das Verständnis des Prozesses der Schneeflockenbildung ermöglicht es uns, ihre Einzigartigkeit noch mehr zu schätzen. Während Eiskristalle vom Himmel herabfallen, beeinflussen sich ständig ändernde atmosphärische Bedingungen ihr Wachstum und führen zu faszinierenden Designs. Jede Schneeflocke repräsentiert eine einzigartige Reise durch die Atmosphäre und verkörpert die Komplexität und Vielfalt unserer Natur. Also, das nächste Mal, wenn Sie einen Schneefall erleben, nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um die komplexen Meisterwerke zu bewundern, die Schneeflocken sind. ```
